Палестра находится на западе священной области Олимпии около реки Кладеон. Она была построена в III веке до н. э. и использовалась для тренировок в боксе, борьбе и прыжках.
Палестра ориентирована точно по сторонам света и симметрична. По всем сторонам здания находились комнаты, открывающиеся в сторону двора через портики.
Это почти квадратное (66,35х66,75 м.) здание, оно расположено ниже гимнасия на 70 см. В центре находился двор площадью 41 кв. м., окруженный дорической колоннадой, состоящей из 72 колонн. Двор был засыпан песком, на котором тренировались атлеты. Колонны и нижние ярусы стен были сделаны из камня, верхние ярусы стен — из кирпича, а антаблемент — из дерева.
Вокруг двора находились комнаты различных размеров, преимущественно с ионическими портиками. В этих комнатах атлеты натирались маслом (элеотезий) или пылью (конистерий), переодевались и мылись. В некоторых комнатах находились каменные скамейки, которые использовались ораторами и философами для обучения и общения. В южном крыле находилась ионическая колоннада.
Вход в здание находился с южной стороны через два прохода с коринфскими колоннами в антах, это придавало структуре симметричности. Проходы открывались в вестибюли со скамейками по сторонам, которые вели в прихожие, выходящие в сторону южного портика. Между двумя прихожими находился длинный и узкий зал со скамейками и ионическими колоннами. Эта комната была опознана как аподитерий — комната для переодевания. Она должна была находиться близко к входу, и в ней должно было находиться место, где встречались атлеты и их друзья. Напротив аподитерия, вдоль северной стороны, находился эфебий, или клубная комната. Это был большой зал с колоннадой, который был шире, но короче аподитерия. На северной стороне палестры находились глубокие комнаты, упоминаемые Витрувием. Они обеспечивали защиту от солнца. Комната в северо-восточном углу палестры опознана как купальня. Там был найден резервуар для воды площадью в 4 кв. м. и глубиной 1,38 м., сделанный из кирпича. Его постройка относится к римскому времени.
Позже с северной стороны был добавлен дорический пропилон с четырьмя колоннами на фасаде. Он стал главным входом в здание, а небольшая дверь также на северной стороне обеспечивала проход в соседний гимнасий.
Необычная особенность палестры — вымощенная полоса длиной 24,2 и шириной 5,44 м. на северной стороне внутреннего двора, которая сделана из чередующихся полос шероховатых и гладких плит, создающих гребни вдоль полосы. Это был аналог дорожки для боулинга, аналогичная дорожка с круглыми каменными камнями на ней была найдена в Помпеях.
Раскопки палестры проводились немецкими исследователями. От здания сохранились только нижние части, сделанные из камня. 32 из 72 колонн внутреннего перистиля были восстановлены.
